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球墨铸铁粘砂缺陷产生的原因主要有以下几方面:
1. 机械作用方面:
金属液静压力过大:由铸件浇注高度和浇注系统形成的压力较高,当这种压力超过砂粒间隙之间毛细现象形成的抵挡压力时,金属液就容易渗入砂粒之间,从而形成机械粘砂。例如,大型球墨铸铁件在浇注时,如果浇注系统设计不合理,导致金属液对铸型的静压力过大,就容易产生粘砂缺陷。
金属液的动压力影响:金属液在铸型内流动过程中会产生一定的动压力,这种动压力会对型砂产生冲刷作用,使金属液更容易渗入砂型的孔隙中,进而导致粘砂。在一些复杂结构的球墨铸铁件铸造中,金属液的流动路径复杂,动压力较大,粘砂的风险也相应增加。
铸型“爆”或“呛”:铸型浇注时释放的可燃气体与空气混合并被炽热金属液点燃,会形成动压力,这种动压力会破坏铸型的结构,使金属液更容易渗入砂型,导致粘砂。如果铸型中的水分、有机物等在高温下分解产生气体,或者铸型的透气性不良,气体无法及时排出,就容易发生“爆”或“呛”的现象。
2. 黏土砂工艺时型砂质量方面影响:
型砂粒度不当:型砂的粒度对粘砂缺陷的产生有重要影响。如果型砂粒度太粗,砂粒之间的孔隙较大,金属液容易渗入,增加粘砂的可能性;而型砂粒度太细,型砂的透气性会变差,在浇注过程中容易产生气体,这些气体可能会阻碍金属液的流动,使金属液在局部堆积,进而导致粘砂。
型砂耐火度不足:型砂的耐火度是指型砂在高温下抵抗软化、熔融的能力。如果型砂的耐火度不足,在高温金属液的作用下,型砂会软化、熔融,与金属液发生粘连,形成粘砂缺陷。型砂中如果含有过多的杂质、低熔点物质等,都会降低型砂的耐火度。
型砂含水量过高:型砂中的水分在高温下会变成水蒸气,产生较大的蒸汽压力。如果型砂的透气性不好,水蒸气无法及时排出,就会在铸型内形成高压,迫使金属液渗入砂型,导致粘砂。此外,水分还会降低型砂的耐火度,增加粘砂的风险。
3. 消失模工艺时球铁粘砂时涂料的影响:
涂料厚度不足:涂料可以在铸型和金属液之间形成一层隔离层,防止金属液与型砂直接接触。如果涂料厚度不足,无法有效地阻挡金属液的渗入,就容易产生粘砂缺陷。
涂料耐火度不够:涂料的耐火度如果不够高,在高温金属液的作用下会迅速软化、熔融,失去隔离作用,导致金属液与型砂粘连,产生粘砂。
涂料涂刷不均匀:涂料涂刷不均匀会使铸型表面的某些部位没有得到有效的保护,金属液容易在这些部位渗入砂型,形成粘砂。
4. 浇注温度和速度方面:
浇注温度过高:浇注温度过高会使金属液的流动性增加,对型砂的冲刷作用增强,容易破坏铸型表面的涂料层和砂型结构,使金属液渗入砂型,导致粘砂。同时,高温还会降低型砂的强度和耐火度,增加粘砂的可能性。
浇注速度过快:浇注速度过快会使金属液对型砂的冲击力增大,容易造成型砂的位移和松动,使金属液更容易渗入砂型。此外,快速浇注还会使铸型内的气体来不及排出,形成高压,迫使金属液渗入砂型,产生粘砂。
球墨铸铁粘砂缺陷的解决办法如下:
1. 优化型砂质量:
选择合适的粒度:根据铸件的大小和结构,选择合适粒度的型砂。对于小型球墨铸铁件,一般采用较细的型砂,粒度可在70/140目左右;对于大型铸件,粒度可适当放宽,但也应保证型砂的粒度分布合理,避免过粗或过细。如果型砂粒度变粗,可在混砂时加入适量的细粒新砂进行纠正。
提高型砂耐火度:选用耐火度高的原砂,避免使用含有过多杂质、低熔点物质的原砂。对于要求较高的铸件,可在型砂中添加一些耐火材料,如锆英粉、铬铁矿粉、棕刚玉粉等,以提高型砂的耐火度。
控制型砂含水量:严格控制型砂的含水量,使其保持在合适的范围内。含水量过高会降低型砂的强度和耐火度,增加粘砂的风险;含水量过低则会影响型砂的可塑性和透气性。一般来说,湿型球墨铸铁件的型砂含水量应控制在3%~5%之间。
2. 改善造型工艺:
提高紧实度:确保型砂的紧实度均匀且足够,避免出现局部疏松的情况。手工造型时,可以采用手指塞紧、用冲锤的尖头局部冲紧等方法;机器造型时,应合理设置造型机的紧实压力,并在加砂和压实过程中采用微震等方式,提高型砂的紧实度。
优化浇注系统:合理设计浇注系统,避免金属液对型砂的冲刷过于强烈。例如,采用底注式浇注系统可以减少金属液对型砂的冲击;设置挡渣、撇渣和集渣冒口,有助于改善进砂和夹渣缺陷,同时也能减少粘砂的发生。
3. 控制浇注温度和速度:
降低浇注温度:在保证铸件质量的前提下,尽量降低浇注温度。过高的浇注温度会使金属液的流动性增加,容易渗入砂型的孔隙中,导致粘砂缺陷。但浇注温度也不能过低,否则会影响铸件的成型质量,容易产生冷隔、气孔等缺陷。
控制浇注速度:控制好浇注速度,避免过快或过慢。浇注速度过快会使金属液对型砂的冲击力增大,容易造成型砂的位移和松动,使金属液更容易渗入砂型;浇注速度过慢则会使金属液在型腔内的温度下降过快,影响铸件的质量。
4. 使用优质涂料:
选择合适的涂料:根据球墨铸铁件的特点和生产要求,选择耐火度高、透气性好、附着力强的涂料。对于大型铸件,可采用锆英粉、铬铁矿粉等耐火骨料的优质涂料;对于小型铸件,可使用石墨粉、石英粉等涂料。
保证涂料厚度:确保涂料的厚度均匀且足够,一般来说,涂料的厚度应在0.5~1.5毫米之间。涂料过薄无法有效地阻挡金属液的渗入,容易产生粘砂缺陷;涂料过厚则会影响铸件的散热,可能导致铸件产生其他缺陷。
正确涂刷涂料:在涂刷涂料时,要保证涂料的均匀性,避免出现漏刷、堆积等情况。对于复杂结构的铸件,应特别注意涂料的涂刷质量,确保铸件的各个部位都能得到有效的保护。
5. 添加抗粘砂材料:
煤粉:在型砂中加入适量的煤粉可以有效防止粘砂。煤粉在浇注时能够堵塞表面砂粒间的孔隙,又不使砂粒形成粘结在一起的粗颗粒。但要注意煤粉的质量,选择灰分低、挥发分适中、焦渣特征好、光亮碳生成量高的煤粉。
其他代用品:植物树脂、含油膨润土和淀粉等材料可用来替代煤粉,但使用时要注意其适用性和对铸件质量的影响。例如,淀粉材料只适合用于生产灰铁铸件,如用于生产球铁件有可能产生皮下气孔缺陷。